Graphene: De la Física a las Aplicaciones

El Dr. Kostya S. Novoselov, Escuela de la Física y de la Astronomía, Universidad de Manchester
Autor Correspondiente: kostya@manchester.ac.uk

Graphene - una capa de átomos de carbón dispuestos en un cedazo hexagonal - es la más nueva pieza de la familia de alótropos del carbón. Aunque el graphene aislado fuera señalado por primera vez solamente en 20041, el progreso que hizo durante estos años es enorme, y derecho se ha aparado “el material de la maravilla”.

Hay tres áreas importantes del entusiasmo sobre graphene. En Primer Lugar, es el primer ejemplo del cristal atómico bidimensional, que mismo la existencia mejora nuestra comprensión sobre la estabilidad termodinámica de sistemas inferior-dimensionales. En Segundo Lugar, las propiedades electrónicas del graphene son muy peculiares: los electrones en graphene obedecen la relación de dispersión lineal (apenas como los fotones), así imitando partículas relativistas sin masa2. Y por último, muchas propiedades del graphene son superiores a ésas en el resto de los materiales, así que muy está tentando a utilizarla en una variedad de aplicaciones, colocando de electrónica a los materiales compuestos.

Históricamente, es las propiedades electrónicas que atrajeron la mayor parte de la atención. Los Electrones en el graphene se comportan como partículas relativistas sin masa, que regula la mayor parte de sus propiedades electrónicas. Probablemente uno de las consecuencias más espectaculares de tal relación de dispersión inusual es la observación del mitad-número entero Quantum De effecto hall y de la ausencia de localización2. Más adelante pudo ser muy importante para los transistores de efecto de campo graphene-basados.

Los cristales del graphene se podrían preparar Generalmente con muy pocos defectos (consecuencia de los bonos ultra fuertes del carbón-carbón), que, conjuntamente con la ausencia de localización y de alta velocidad de Fermi asegura la movilidad muy alta de las ondas portadoras y el breve periodo de tiempo del vuelo en régimen balístico. Los Primeros prototipos de transistores de alta frecuencia han sido características muy encouraging recientemente desarrolladas y demostradas3.

También peculiares son las propiedades ópticas de los graphene. Se ha medido que el graphene absorbe 2,3% de luz4 - muy una fracción importante para un material final fino. Cuál es aún más emocionante es el hecho de que este número es dado solamente por la combinación de constantes fundamentales4: πα (π=e/hc≈1/1372 es el constante de estructura fina). Hágalo en casa, multiplique 3,14… por 1/137 y usted conseguirá algo cerca de 0,023.

Tal combinación de la alta conductividad (la resistencia de hoja del graphene dopado puede ser tan inferior como 10 Ohmios) y de la adsorción de la luz corta hace este material a un candidato ideal a la capa conductora transparente. La utilización de Graphene para este tipo de aplicaciones ha sido demostrada recientemente construyendo el cristal líquido y5 las células solares graphene-basados6.

Además, la aplicación general la producción en serie del graphene (hasta hace poco tiempo solamente las muestras del graphene de la investigación-talla han estado disponibles) ha sido resuelta para éstos clase de aplicaciones con la introducción de una técnica nueva: las películas finas de la área extensa de los copos del graphene de la micrómetro-talla se pueden producir por la exfoliación química del grafito5.

Muy está tentando a utilizar las propiedades únicas del graphene para las aplicaciones. Los ejemplos ya mencionados ni siquiera agotan casi el filete de las tecnologías que se beneficiarían de usar el graphene. Materiales y fotodetectores Compuestos, soporte para los bio-objetos en TEM y modo-armarios para los laseres ultrarrápidos - todos los ésos y muchas más áreas ganarían fuertemente de usar el graphene.

La edición, sin embargo, era siempre la producción en serie de este material. Desde los primeros experimentos1, la técnica de la opción para la producción del graphene para muchos investigadores era el mismo naïve “peladura simple del método1,2 del Celo” - de capas monomoleculares del graphene del grafito a granel con una cinta adhesiva. Sin Embargo, meses recientes vistos un progreso dramático en el revelado verdad de las técnicas de la producción en serie para la síntesis del graphene. Colocando de la exfoliación química ya mencionada al incremento epitaxial (para una revista vea7), estas técnicas nos dan una esperanza realista que pronto veremos los productos basados en este material bidimensional emocionante.


Referencia

1. Novoselov, el K.S., Geim, el A.K., Morozov, el S.V., Jiang, la D., Zhang, el Y., Dubonos, el S.V., Grigorieva, el I.V. y Firsov, Ciencia 306, 666-669 de las Películas de Carbono del A.A. “Efecto del Campo Eléctrico en Atómico Enrarecen” (2004).
2. Geim, A.K. y Novoselov, K.S. “La Subida Naturaleza Mater de Graphene”. 6, 183-191 (2007).
3. Yu-Ming Lin, Keith A. Jenkins, Alberto Valdes-García, Joshua P. Small, Damon B. Farmer y Phaedon Avouris, “Operación de los Transistores de Graphene en las Frecuencias” Lett Nano del Gigahertz., 9 (1), 422-426 (2009).
4. R.R. Nair, P. Blake, A.N. Grigorenko, K.S. Novoselov, T.J. Booth, T. Stauber, N.M.R. Peres, y la Ciencia 320, 1308 de A.K. Geim “Constante de Estructura Fina Define la Diapositiva Visual de Graphene” (2008).
5. Peter Blake, Paul D. Brimicombe, Rahul R. Nair, Tim J. Booth, DA Jiang, Fred Schedin, Leonid A. Ponomarenko, Sergey V. Morozov, Helen F. Gleeson, Ernie W. Hill, Andre K. Geim, y Letras Nanas del Dispositivo del Cristal Líquido de Kostya S. Novoselov “Graphene-Basó” 8(6) 1704 - 1708 (2008).
6. X. Wang, L. Zhi, y K. Mullen, “electrodos Transparentes, conductores del graphene para Letras Nanas de las células solares tinte-sensibilizadas” 8(1), 323-327 (2008)
7. A.K. Geim “Graphene: Ciencia 324, 1530-1534 del Estatus y de las Perspectivas” (2009).

Derechos De Autor AZoNano.com, el Dr. Kostya Novoselov (Universidad de Manchester)

Date Added: Nov 29, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:42

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